CS211519B1 - Zapojení analogového demultiplexeru s velkým vstupním odporem - Google Patents

Description

(54) Zapojení analogového demultiplexeru s velkým vstupním odporem

Vynález se týká zapojení analogového demultiplexeru s velkým vstupním odporem, které je opatřeno vstupem a alespoň dvéma výstupy, obsahuje operační zesilovač, opatřený invertujícím a neinvertujícím vstupem a výstupem, alespoň dva spínače, z nichž každý je opatřen řídicím vstupem, řídicí obvod spínačů, odpor, alespoň dva zpětnovazební odpory a společný vodič.

V některých'zařízeních, například v zařízeních, která jsou součástí měřicích ústředen, je třeba rychle a přesně přepínat elektrický signál, zpravidla analogový, do několika přenosových cest. Toto přepínání se obecně může dít například automaticky podle programu, nebo synchronně se změnami vnitřního stavu zařízení, jehož je demultiplexer součástí, případně může být přepínání řízeno dálkově z místa obsluhy zařízení.

V současné době je známa řada řešení demultiplexerú.

Nejjednodušším řešením je mechanický demultiplexer obsahující mechnický přepínač, pomocí kterého je elektrický signál rozdělován do jednotlivých přenosových cest. Předností tohoto demultiplexeru je jeho pomšrnš velká přesnost, avšak na závadu je v mnoha aplikacích jeho omezená rychlost přepínání a v neposlední řadě rovněž jeho mechanická nespolehlivost.

V některých aplikacích je na závadu rovněž jeho nevhodnost k dálkovému ovládáni a k ovládání pomocí elektrického signálu vůbec.

Dalším řešením je elektromechanický demultiplexer obsahující relé, pomocí nichž je elektrický signál přepínán do jednotlivých přenosových cest. Nevýhodou tohoto demultiplexeru je, podobně jako u demultiplexeru mechanického, jeho omezená rychlost přepínáni, značná mechanická nespolehlivost a v neposlední řadě i mechanické odskakování kontaktů, vznikající při jejich spínání, které může mít v některých aplikacích nepříznivý vliv na činnost zařízení. .

Z těchto důvodů se zejména pro rychlé přepínání používají demultiplexery elektrické, . ve kterých jsou mechanické kontakty přepínačů, případně relé, nahrazeny bezkontaktními spínacími prvky, zpravidla polovodičovými, pomocí nichž je elektrický signál přepínán do jednotlivých přenosových cest.

Společnou nevýhodu elektronických demultiplexerů je, že se u nich v plné míře projevují nepříznivé reálné vlastnosti použitých spínacích polovodičových prvků, především napětový ofset a odpor spínače v sepnutén stavu.

Tuto nevýhodu sice nemá analogový demultiplexer, obsahující operační zesilovač, k jehož invertujícímu vstupu je připojen přes vstupní odpor vstup demultiplexeru a přes jednotlivé zpětnovazební odpory jednotlivé výstupy demultiplexeru, přičemž výstupy demultiplexeru jsou jednotlivě přes spínače připojeny k výstupu zmíněného operačního zesilovače a neinvertujíoí vstup operačního zesilovače je připojen ke společnému vodiči, avšak v některých aplikacích je na závadu jeho relativně nízký vstupní odpor.

Tyto nevýhody do značné míry odstraňuje zapojení analogového demultiplexeru s velkým vstupním odporem podle vynálezu, jehož podstatou je, že k invertujícímu vstupu operačního zesilovače je přes odpor připojen společný vodič a přes zpětnovazební odpory výstupy zapojení, přičemž vstup zapojení tvoří neinvertujíoí vstup operačního zesilovače a výstupy tvoří společné uzly zpětnovazebních odporů a spínačů, které jsou svým druhým koncem zapojeny na výstup operačního zesilovače.

Výhodu zapojení podle vynálezu je, že se v něm neuplatňují reálné vlastnosti použitých polovodičových spínačů. K potlační konečného odporu spínače v sepnutém stavu a zejména k potlačení vlivu závislosti tohoto odporu na přiloženém napětí a na okolní teplotě se využívá velkého zesílení operačního zesilovače, poněvadž spínače jsou vřazeny do přímé větve operačního zesilovače a výstupy zapojeni jsou až za těmito spínači.

Další nevýhodou zapojení podle vynálezu je, že velikostí zpětného odporu lze volit pro každý výstup zapojení individuální zesílení.

Výhodou zapojení podle vynálezu rovněž je téměř nekonečný vstupní odpor, který v praxi může při použití běžných obvodových prvků dosáhnout bez potíží hodnot 10^ až 10⁹Λ.

Příkladné zapojení analogového demultiplexeru s velkým vstupním odporem podle vynálezu je schematicky znázorněno na výkrese.

Zařízení je opatřeno vstupem J. a alespoň dvěma výstupy 2. Zařízeni obsahuje operační zesilovač 2, opatřený invertujíoím a neinvertujícím vstupem í, 2 & výstupem 6, alespoň dva spínače 2 a 8, z nichž každý je opatřen řídicím vstupem £ a řídicí obvod 10 spínačů 2 a 8 opatřený výstupy 11 . kieré jsou připojeny k jim příslušným řídicím vstupům 2 spínačů 2 ^a 8. Zapojení dále obsahuje odpor 1 2. alespoň dva zpětnovazební odpory 13 a 14 a společný vodič 15.

K neinvertujicímu vstupu 2 operačního zesilovače 2 je připojen vstup 2 zapojení, k invertujícímu vstupu 2 operačního zesilovače.2 je přes odpor 12 připojen společný vodič 15.

K invertujícímu vstupu £ operačního zesilovače 2 jsou rovněž přes zpětnovazební odpory JJ a 14 připojeny jednotlivé výstupy 2 zapojení, přičemž výstupy 2 zapojení jsou jednotlivě přes spínače 2 a 8 připojeny k výstupu 6 operačního zesilovače 2·

Ze zapojeni i .popisu výkresu je zřejmé, že ačkoliv na výkrese jsou znázorněny pouze dva výstupy 2, může jich být v konkrétním zapojeni více a jejich počet je omezen pouze počtem sériových kombinací zpětnovazebních odporů a spínačů. Při činnosti demultiplexeru podle vynálezu je sepnut vždy pouze jediný spínač, kdežto ostatní jsou rozpojeny. V případě, že je sepnut n-tý spínač, kde n je jakékoliv přirozené číslo menáí nebo rovné počtu výstupů 2 a všechny ostatní spínače jsou rozpojeny, je výstupní napětí n-tého výstupu 2 zapojení,podobně jako je tomu u neinvertujícího zesilovače s operačním zesilovačem, rovno w(5p^+,)^ui« kde n značí pořadové číslo sepnutého spínače, případně výstupy 2, k němuž je sepnutý n-tý spínač připojen, u_2n výstupní napětí na n-tém výstupu 2 zapojení, R_2n hodnotu n-tého zpětno vazebního odporu, R₁ hodnotu odporu 12 a u, vstupní napětí.

Z uvedeného vztahu je patrné, že volbou R_2n zpětnovazebního odporu lze nastavit pro každý výstup 2_ individuální zesílení.

Menší nevýhodou zapojení podle vynálezu je, že všechny ostatní výstupy 2 zapojení, to je výstupy 2, ke kterým jsou připojeny spínače, které jsou v rozpojeném stavu, jsou přes zpětnovazební odpory připojeny ke zdroji napětí o hodnotě rovné vstupnímu napětí, nebot operační zesilovač £ v důsledku své činnosti udržuje svůj invertující vstup £ na stejném potenciálu, jaký má jeho neinvertující vstup £. Tuto nevýhodnou vlastnost lze však při konkrétních aplikacích odstranit vhodným zapojením neznázorněných následujících obvodů.

Zapojení analogového demultiplexeru podle vynálezu lze využit zejména pro aplikace v zesilovacích s přepínatelným zesílením, ve střídačích a podobných zařízeních, kde se vyžaduje velký vstupní odpor.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Zapojení analogového demultiplexeru s velkým vstupním odporem, opatřené vstupem a; ales poň dvěma výstupy, obsahující operační zesilovač opatřený invertujícím a neinvertujícím vstupem a výstupem, alespoň dva spínače, z nichž každý je opatřen řídicím vstupem, řídicí obvod spínačů, odpor, alespoň dva zpětnovazební odpory a společný vodič, ‘vyznačující se tím že k invertujícímu vstupu (4) operačního zesilovače (3) je přes odpor (12) připojen společný vodič (15) a přes zpětnovazební odpory (13 a 14) výstupy (2) zapojení, přičemž vstup zapojení (1) tvoří neinvertující vstup (5) operačního zesilovače (3) a výstupy (2) tvoří společné uzly zpětnovazebních odporů (13 a 14) a spínačů (7 a 8), které jsou svým druhým koncem zapojeny na výstup (6) operačního zesilovače (3).